Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla

Bristolin yliopiston ja Tanskan teknisen yliopiston (DTU) tutkijat ovat yhteisvoimin onnistuneesti kehittäneet piirirakenteita, jotka kykenevät koodaamaan kvantti-informaatiota piireissä muodostetussa valolla ja voivat prosessoida kvantti-informaatiota erittäin tehokkaasti ja erittäin alhaisella kohinalla.

Tämä demonstraatio voisi mahdollistaa merkittävän lisäyksen kykyyn tuottaa monimutkaisempia kvanttipiirejä, joita vaaditaan kvanttilaskennassa ja viestinnässä.

Tutkimustyö sisälsi useita kvanttitason demonstraatioita.

Yhdessä läpimurtokokeessa tutkijat osoittavat ensimmäistä kertaa informaation kvanttiteleportaation kahden ohjelmoitavan sirun välillä. Kvanttiteleportaatio tarjoaa kvanttipartikkelien kvanttitilan siirron paikasta toiseen hyödyntämällä lomittumista. Teleportaatio ei ole hyödyllinen vain kvanttiviestinnässä, vaan se on optisen kvanttilaskennan perusta.

Lomittuneen viestintäyhteyden luominen laboratoriossa kahden sirun välille on osoittautunut erittäin haastavaksi. Kuitenkin Bristolin Dan Llewellyn toteaa: ”Pystyimme osoittamaan korkealaatuista lomittumislinkkiä laboratoriossa kahden sirun välillä, jossa kummallakin sirulla olevilla fotoneilla on yksi yhteinen kvanttitila. Kumpikin siru ohjelmoitiin sitten suorittamaan joukko demonstraatioita, jotka hyödyntävät lomittumista.”

”Lippulaivademonstraatio oli kahden sirun teleportaatiokoe, jossa partikkelin yksilöllinen kvanttitila välitetään kahden sirun yli kvanttimittauksen suorittamisen jälkeen. Tässä mittauksessa hyödynnetään kvanttifysiikan omituista käyttäytymistä, joka samanaikaisesti purkaa lomittumislinkin ja siirtää partikkelin tilan toiseen partikkeliin, joka on vastaanottavalla sirulla."

Tulokset osoittivat korkeatasoista 91-prosenttista kvanttiteleportaatiota. Lisäksi tutkijat pystyivät osoittamaan suunnitelmansa muita tärkeitä toiminnallisuuksia, kuten lomittumisen vaihtaminen, jollaista tarvitaan kvanttitoistimiin ja kvanttiverkkoihin sekä nelifotonisia GHZ-tiloja, joita tarvitaan kvanttilaskentaan ja kvantti-internettiin.

DTU:n Yunhong Dingin mukaan alhainen hävikki, hyvä vakaus ja erinomainen hallittavuus ovat erittäin tärkeitä integroidulle kvanttifotoniikalle. Tämäkin kokeilu onnistui DTU:ssa valmistetun korkealaatuiseen piifotonisen tekniikan ansiosta.

Johtava kirjoittja, Pekingin yliopistossa nykyisin työskentelevä tohtori Jianwei Wang sanoi: ”Jatkossa yksi kvanttifotonisten laitteiden ja klassisten elektronisten ohjaimien integrointi piisirulle avaa oven täysin sirupohjaiseen CMOS-tekniseen kvanttiviestintään ja informaation käsittelyyn verkoissa.”

Aiheesta aiemmin:

Kaksi vapausastetta

Ensimmäinen monimutkainen kvanttiteleportaatio

Kvanttitilan siirto ja kvantti-internetti